跨步电压

电气设备发生接地故障或高压输电线断落触地时，电流入地点周围存在电位分布区，在此区域行走或站立的人两脚之间存在的电压被称为跨步电压。^[3]

为减少跨步电压，工程上多数处理方法是把建筑物的避雷接地装置做成围绕建筑物的一个闭合周圈，这样周圈内的电位梯度大大下降，跨步电压就可以降低，如果接地周圈与地下金属导管连接或接成金属网，效果会更好。^[4][5]跨步电压在接地系统建设和电缆故障点定位方面均有应用。^[6][7]

当电气设备绝缘损坏、高压导线断线落地或避雷针接地装置有电流流过大地时，^[8]因为有接地电阻的存在，^[9]会在地面上形成一个以落地点为中心的电位分布区域，^[3]周围的地面上会分布不同的电位，^[8]在此区域内，人体或牲畜跨步的两足之间的电压被称为跨步电压。^[9][10]

高压导体等带电导体的故障接地处、接地装置流过故障电流、有较大工作电流流过的接地装置附近、防雷装置遭受雷击、高大的设施或树木遭受雷击时均会导致流散电流在地面各点产生电位差，可能会造成跨步电压电击。^[11]当人或牲畜进入距电流接地点10m之内，且两脚（或牲畜前后腿）站在离接地点远近不同的位置上，会有触电电流通过人体或牲畜，这种由跨步电压引起的人体或牲畜触电事故，称为跨步电压触电，^[10][3]跨步电压触电最大值可达到160V。^[12]

跨步电压的大小与接地体的埋设深度及附近的土壤结构、^[4]接地电流的大小、人与接地点之间的距离、跨步的大小和方向、土电阻率等因素有关。^[3]一般距接地点越远，跨步电压越小；^[3]跨步越小，跨步电压越小，^[3]人的跨步一般按0.8m考虑，而牲畜的跨步可按1.2~1.4m考虑，^[8]如牛的跨步比人大，所以跨步电压大，故跨步电压触电时牛受到的伤害比人大；^[13]土壤电阻率小，接地体周围电位分布曲线比较平滑，跨步电压较小。反之，土壤电阻率大，电位分布曲线比较陡，跨步电压则较大。^[4]而同样的土壤情况下，电流强度越大，跨步电压越高。^[13]因跨步电压受多因素影响及地面电位分布的复杂性，几个人即使在同一地带（如同一棵大树下或同一故障接地点附近）遭到跨步电压电击出现的后果也可能是不同的。^[11]

电力系统接地体附近，电流流过大地时因接地电阻的存在使大地表面存在电位分布，地面电位分布如下图所示：^[9]

根据镜像法，半球形接地器地面上任意点P的电位为：^[9]

设人的跨步距离为b，在距半球中心距离r点的跨步电压为：^[9]

设U0为人体安全的临界跨步电压（通常小于50~70V），可以确定危险区半径r0为：^[9]

注释：E为电流场场强，值为；为电导率；I为电流；为对路径的积分；dl为路径的微元长度。

因此工程实际中可采取改变接地器结构修正电位的变化率、减小短路电流、减小跨步距离b的措施减小跨步电压的危险区半径。^[9]

500V以下的低压系统，在距接地点10m以内会形成跨步电压；1000V以上的高压系统，则在距接地点20m以内形成跨步电压。^[14]电气设备的接地部分或小电流接地系统的一条带电导线落地点附近的电位分布如下图所示：其中，大约68%的电压分布在距接地体（点）1m以内；有24%的电压分布在距接地体（点）的2~10m之间，只有大约8%的电压分布在距接地点的10~20m之间的范围内，^[10]可见离落地点越远，电流越分散，地面电位也就越低。^[3]一般在接地点20m之外，跨步电压就降为零。^[15]

跨步电压触电时，电流会沿着人的下半身从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路。看似对人体上半身的重要器官无电流作用，但当跨步电压较高时，会导致脚发麻、双脚抽筋瘫倒在地上，由于头脚之间的距离大，作用于身体上的电压增高，触电电流相应增大并改变电流经过人体的路径，完全可能流经人体重要器官，如从头到脚或从头到手，因而增加触电的危害性。而经验证明，人倒地后如果电流在体内持续作用2秒钟，这种触电就会有致命危险。^[3][8]

对人身冲击触电事故进行统计分析，发现相当于雷电流持续时间的危险电流约为100安，所以将人体的冲击电阻值按300～500欧姆及人脚对地的脉冲接触电阻为600欧姆来计，算出90～110千伏之间是人体可承受的跨步电压。^[4]

还可用牛来进行跨步电压和接触电压试验，因为大型牲畜对雷电的作用更为敏感。用标准脉冲电压（开始产生脉冲至幅值再衰减到1/2时共需40微秒）施加于牛的前后脚来模拟跨步电压，用标准脉冲电压施加于牛的鼻和前脚来模拟接触电压，^[4]试验结果证明：脉冲电压幅值为0.6～30千伏时，跨步电压和接触电压对牛的内部肌体没有任何损伤。当跨步电压的幅值提高到40～70千伏，而接触电压的幅值提高到42～56千伏时，会暂时影响牛的中枢神经系统和血液循环机能，经过休息后可完全恢复，无生命危险；如跨步电压的幅值提高到96千伏，接触电压的幅值提高到74千伏时，牛的呼吸失常，心脏活动机能损伤，产生不可逆过程，有生命危险。因此对牛来说，40微秒的脉冲危险电压值产生的跨步电压Uk为90～100千伏（此时流经体内电流为200安）。^[4]

通常高压线周围会有危险区标志，应注意远离，^[9]不得靠近高压线跌落区，更不能用手去捡高压线。^[16]赤脚的人更易受到跨步电压的伤害，因人脚直接与地面接触，流过人体的电流变大，危险性更大，^[5]严禁裸臂赤脚操作电气设备。^[17]电业安全工作规程中，当高压设备发生接地时，为防止跨步电压触电，要求在户外不可走近断线点8m以内的区段，户内不可走近4m以内的区段，必须进入上述范围的人员应穿绝缘靴，接触设备外壳和构架时应戴绝缘手套。^[8]如发现自己可能受到跨步电压触电威胁的时候，应迅速停止走动，压低自身高度，不宜采取站立或下趴的姿势，而是反方向双脚并拢蛙跳或用单腿迅速跳离危险区，^[3][9][8]并需要跳出接地点20m外，才可有效保障自身安全，^[12]脱离危险区后再通知专业人员进行处理。^[18]

雷电天气巡视室外高压设备时也应穿绝缘靴，并不得靠近避雷器和避雷针。^[8]暴风雨时避免躲避在树下，万不得已需在大树底下停留，应与树身和树枝保持2米以上的距离，尽可能下蹲和双脚靠拢，降低人体的有效高度的同时防止跨步电压触电。^[19]在荒野上遇到雷暴并无法躲避时，蹲下来两脚并在一点比跨步走更安全。^[13]

跨步电压足够大时可威胁人的生命安全，应重视接地装置的设计。^[5]防雷装置的引下线和接地装置应尽量安装在人们不易接触到的地方，^[4]接地装置最好作成围绕建筑物的一个闭合周圈或深埋在一米以下，使周圈内的电位梯度大大下降，降低跨步电压，如接地周圈与地下金属导管连接或接成金属网，效果更好；为防止接触电压危及人畜，可将引下线缠上绝缘或隔离起来。^[4][5]

但由于雷电流强度是随机数值，准确计算并设计安全的跨步电压是困难的，经验分析得出，防止直击雷的接地装置距电气设备装置要求在5m以上，与建筑物和构筑物的出入口行人道的距离应大于3m，小于3m时需采取以下措施之一：^[5][20]

水平接地体局部埋深不应小于1m。^[5]水平接地体可用50~80mm沥青层等作局部包裹以绝缘。^[5]采用沥青碎石地面或接地装置上面敷设50～80mm厚的沥青层，且宽度应超过接地装置2m。^[5]采用“帽檐式”或其它形式的均压带。^[5]

人员遭到电击后，应立即拉开电源开关或插头，不能立即切断电源时可用干燥木棒、竹竿等将电线拨开，使伤员脱离电源减少损伤程度并同时向医疗部门求救。解脱电源后，伤员往往处于昏迷状态，现场需尽快对心跳、呼吸与瞳孔的情况进行判断和抢救，即通过人工呼吸或胸外按压等方法使伤员迅速得到气体交换和重新形成血液循环，恢复全身组织细胞的氧供给，保护脑组织，继而恢复自主心跳和呼吸，解除死亡状态。^[15][21][20]

在接地系统中，因为有电荷注入大地，所以会有电压的存在，^[22]当跨步电压超过某一安全电压值时，会导致人身伤亡事故，^[23]所以跨步电压触电是日常生活中常见的人体触电方式之一。^[24]跨步电压限值还是接地极设计的重要依据，^[25]因此其研究对于降低工程造价有十分重要的意义。^[25]

发变电站接地系统设计的基本目的是确保设备和人身的安全，可通过采用地表高阻层来提高接触电压和跨步电压允许值， 将接触电压和跨步电压限制到人体可接受的水平，达到提高发变电站安全性能的目的。^[6]

测得电缆故障点的距离后，可判断出电缆故障点的大致位置，然后用故障定点仪进行精确定位。如果低阻故障为金属性短路或死接地时，用声磁同步法及声测法则无法找到故障点，这时可选用音频信号感应法或跨步电压法进行精确定位。^[7]

2010年，中华人民共和国住房和城乡建设部发布了国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）的公告，规定在建筑物引下线附近保护人身安全需采取的防跨步电压的措施，应符合下列规定：^[26][27]

利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线，作为自然引下线的柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。^[27]引下线 3m 范围内土壤地表层的电阻率不小于50kΩm。或敷设5cm厚沥青层或15cm 厚砾石层。^[27]用网状接地装置对地面作均衡电位处理。^[27]用护栏、警告牌使进入距引下线 3m范围内地面的可能性减小到最低限度。^[27]